Деградация и рекультивация земель

В Программе ООН по окружающей среде «ГЕО-4» подчеркнуто, что изменение климата, сокращение биоразнообразия и деградация земель представляют собой угрозу для естественной среды обитания, экономики и общества в целом [1]. Из истории человечества известно, что причиной исчезновения в прошлом многих  цивилизаций, таких как Шумерская и Вавилонская, явилось деградация земель. Для получения высоких урожаев эти цивилизации, хотя и использовали передовые на то время технологии, не смогли  обеспечить  себя  выживаемостью  в  долгосрочной  перспективе [2,3].  В то время «плуг вызвал больше деструкции к цивилизациям, чем меч» [4]. Возможно, пословица "перекуем мечи на орало", нуждается в переосмыслении. Сейчас вынужденно наступает такое время, когда следует, во-первых, рассматривать почву не в отдельности от окружающей среды и, во-вторых, прекратить обрабатывать почву как "черный ящик" [5].

Деградация земель:

• представляет собой утрату функции и служб экосистемы на протяжении долгого времени в результате нарушений, после которых система не способна на восстановление без посторонней помощи;
• затрагивает значительную часть земной поверхности и как минимум одну треть населения планеты, причем бедные страны страдают от этой проблемы намного больше;
• напрямую связана с утратой биологического разнообразия и изменением климата [1, с. 163-289; 6, 7];
• включают в себя потери органического углерода и питательных веществ в почве, нарушение водного баланса и исчезновение многих жизненных форм;
• означает потерю продуктивной способности и сокращение ареала диких форм жизни. Например, нарушаются пути миграции, исчезают источники питания, появляются паразиты и болезни, ужесточается борьба за пищу и воду.

Водные ресурсы истощаются в результате нарушения круговорота воды, загрязнения и выпадения осадков вне участка. Угроза, которую представляет деградация земель, была признана еще несколько десятилетий назад, в том числе на саммитах "Планета Земля" в 1992 году и «Устойчивое развитие» в 2002 году. Однако, из-за недостатка имеющейся информации, все усилия практически сведены на нет (распространение, масштабность и серьезность угрозы различных сторон деградации) [1, с. 82].

Деградация земель приводит к значительному сокращению их продуктивной способности. Такие виды деятельности, как нерациональное сельскохозяйственное использование земель, слабое управление землепользованием и водопотреблением, сведение лесов и естественной растительности, частое использование тяжелой техники, перевыпас, неправильно подобранные севообороты и недостатки в эксплуатации ирригационных систем способствуют деградации земель. Свой вклад вносят такие стихийные бедствия, как засухи, наводнения, оползни. В начале 90-х годов была проведена Глобальная оценка деградации земель (ГЛАСОД) [8], а в 2000 году Фондом глобальной  окружающей  среды  (ФГОС)  и  ЮНЕП  была  начата  Программа оценки деградации засушливых земель, которая в настоящее время разрабатывается ФАО. По данным ЮНЕП и Международной справочно-информационный почвенный центр (ISRIC) на Земле разной степени деградации подвержены около 2 млрд. га почв, из них 580 млн. га - результат сведения лесов, 680 млн. га перевыпас пастбищ, 137 млн. га - использование древесины в качестве топлива, 550 млн. га - нерациональное ведение сельского хозяйства, 19,5 млн. га - промышленность и урбанизация (рост городов, сооружение дорог, добыча полезных ископаемых и промышленность – основные факторы деградации земель) [8, url]. При деградации земель эрозия почв является основным фактором, влияющим на экологические функции почвенного покрова – способность почв служить буфером и фильтром для загрязнителей; роль в круговороте воды и азота, сохранение мест обитания и поддержание биоразнообразия. Около 2000 млн. га почв, что приблизительно составляет 15 процентов от поверхности суши Земли (территория, больше площади США и Канады, вместе взятых), деградировало вследствие деятельности человека. Можно выделить несколько типов деградации почв: водная (56 процентов) и ветровая (28 процентов) эрозия; химическая (12 процентов) и физическая (4 процента) деградация. Деградацию почв  вызывают   перевыпас  (35 процентов), сведение лесов (30 процентов), сельскохозяйственная деятельность (27 процентов), чрезмерная   эксплуатация растительного покрова (7 процентов) и промышленная деятельность (1 процент) [9, 8, url].

Площадь деградированных земель превышает общую площадь пашни всего Мира (1,5 млрд.га). Деградация почв процесс нарастающий, за последние 50 лет ее площади выросли в 30 раз. В результате деградации каждый год теряется около 24 млрд. тонны верхнего плодородного слоя почвы [8, url; 10].

Эрозия почв приносит колоссальный ущерб в мировой экономике, так ежегодно для американской экономики он составляет от 30 [11] до 44 миллиардов долларов [12], в Великобритании - 90 миллионов фунт стерлингов, в Индонезии только для острова Ява - 400 миллионов долларов. Так, в случае использования удобрений в целях компенсации потерь плодородия в Зимбабве в результате эрозии, стоимость будет эквивалентна 1,5 миллиард долларов ежегодно [13].

В современной динамике деградации почвенного покрова  доминирует антропогенная составляющая. В ХХ-м веке деятельность человека превратилась в наиболее мощный геоэкологический фактор развития почв и ландшафтов. Вследствие сильных антропогенных изменений локальной структуры ландшафта, региональных соотношений земельных угодий, состава и состояния атмосферы, наблюдаются серьезные климатические и микроклиматические изменения. Значительная часть естественных биоценозов заменена агроценозами или испытывает мощный негативный пресс влияния современной урбанизации и техногенеза. В этих условиях антропогенные изменения почвенных свойств распространены практически повсеместно.

Интенсивная распашка сопровождается:

• нарушением строения верхней части почвенного профиля, сложения, структуры и состава верхних почвенных горизонтов [14, 15];
• заменой природного биоценоза монокультурой или севооборотным агроценозом, что сильно изменяет, почвенные режимы и вносит в их функционирование новые, ротационные и/или сезонные циклические составляющие [16, 17, 18].

Вынос с урожаем питательных веществ редко полностью компенсируется регулярным внесением минеральных и органических удобрений [19, 20, 21, 22]. Резкое сужение набора выращиваемых растений способствует быстрому росту почвоутомления и фитосанитарного загрязнения земель. С возрастом пашни постепенно развивается комплексное явление выпахивания почв [16, с. 221], которое включает в себя сложные сочетания деградационных процессов разной природы:

агрофизическую деградацию - ухудшение водно-воздушного режима вследствие утраты почвой структуры и уплотнения [14, с. 98; 23];

агротехническую деградацию - ухудшение систем обработки вследствие ухудшения физико-механических свойств пахотного слоя [24];

агрохимическое истощение - нарушение баланса питательных элементов, вследствие превышения их выноса над возвратом [19, с. 61; 25];

биологическое обеднение -  утрату или  угнетение полезной почвенной  микробиоты [25, с. 20];

фитопатогенное почвоутомление - нарушение санитарного состояния почвы, загрязнение ее микроорганизмами и вредителями [26].

По данным М.Панина (2008), в Казахстане выявлено 184,2 тыс. га нарушенных земель, на которых размещаются карьеры угольных и горных разработок, нефтяные поля, отвалы вскрышных и горных пород, хвостохранилища, золоотвалы, амбары и другие антропогенно-нарушенные земли [10, с. 377].

Добыча полезных ископаемых уничтожает не только почвенный покров, но и местную флору и фауну. Антропогенная деградация почв приведет к потере земельных ресурсов, запылению атмосферы, загрязнению природных вод и снижению биологической продуктивности. В глобальном плане деградация почв опасна для человечества тем, что более 95% продуктов питания люди получают в результате использования почв в земледелии и животноводстве [10, с. 374; 27].

Эрозия почв является одним из весомых причин изменения климата. В результате эрозии почвы теряют органических веществ, которые окисляясь превращаются в CO2 и поступает в атмосферу. При гумусообразовании фиксируется из атмосферы огромное количество CO2 и депонируется в виде органического углерода в толщах почв. Финские ученые прогнозируют, что выбросы двуокиси углерода в результате деградации почв увеличивают процесс глобального потепления климата [28]. Повышение продуктивности фитоценозов, также, способствует увеличению депонирования углерода в фитомассе и почве [29, 30].

По оценкам Р.Лал (R.Lal) в результате глобальной эрозии из почвы в атмосферу поступает 1,14 миллиардов тонн углерода ежегодно, из которых приблизительно 15 миллионов тонн относится к США [31]. При правильном введении сельского хозяйства в странах Центральной Азии ежегодно можно депонировать 16±6 миллионов тонн двуокиси углерода. Этот объем составляет 1/5 промышленных выбросов за 2002 год данного региона Мира [32].

Для восстановления нарушенных земель проводятся рекультивации, включащие комплекс горно-технических, мелиоративных, сельскохозяйственных, лесохозяйственных и инженерно-строительных работ [33].

Энергичные меры по восстановлению нарушенных земель проводятся в США, где ежегодно тратятся миллиарды долларов на эти цели. В результате, в США за период с 1982 по 1992 г. эрозионные потери на обрабатываемых сельскохозяйственных землях уменьшились на одну треть - с 3.1 до 2.1 млрд. т в год. Средняя скорость водной эрозии почв упала за 10 лет с 9.2 до 6.9 т/ га/год, а ветровой - с 7.4 до 5.6. Далее приводятся наглядные данные, относящиеся к землям, переведенным в режим восстановления. Так, на сильноэродированных почвах, охваченных восстановительными программами, скорость водной эрозии снизилась в среднем за 10 лет с 19,3 до 1,3 т/га/год и соответственно ветровой - с 24.0 до 2.0 [34, 35].

В Казахстане работы по восстановлению нарушенных земель проводились в угольных бассейнах Караганды и Экибастуза, Павлодар-Экибастузском промышленном центре, в Кустанайской области Соколовско-Сарбайском железнорудных месторождениях, Лисаковском и Качарском рудных комбинатах, Тургайском  бокситовых месторождениях. Рекультивационные работы проводились также в крупных центрах по добыче цветных металлов как Уст-Каменогорск, Лениногорск, Зыряновск, Джезказган, Балхаш, в Актюбинской области Южнокемпирсайское местрождение хромитовой руды, а также в строительных комбинатах Южно-Казахстанской, Акмолинской и др. областях, на спланированных землях Алматинской области. В последнее время рекультивационные работы ведутся в месторождениях нефти и газа в Атырауской и Мангыстауской областях [36, 37].

Рекультивационные работы ведутся в основном за счет средств добывающих, строящих, прокладывающих организаций и местных испольнительных органов.

В Казахстане рекультивационными работами занимались (и занимаются) институт почвоведение им.Успанова, Национальный ботанический центр, Казахский национальный аграрный университет, Казахский национальный технический университет, Казахский агротехнический университет, Казмеханобр, ГосНПЦЗем и др. НИИ [36, 38].

Современная политика сохранения и защиты почв основывается не только на землепользовании, но и на анализе биосферных и экологических функций, которые выполняются почвой [39, 40, 41, 42]. По Г.Б. Добровольской, Е.Д.Никитиной почва в биосфере выполняет следующие экологические функции: биогеоценотические, литосферные, атмосферные, гидросферные, общебиосферные и этносферные, которые в свою очередь делятся на множества подфункций. Все эти экологические функции объединяются на три группы: глобальные, общебиосферные и биогеоценотические [39, с. 11; 40, с. 185; 10, с. 36]. Зарубежные ученые также выделяют аналогичные   экологические функции почв [41, с.73; 43, 44].

Таким образом, в конце литературного обзора можно сделать следующие выводы:

1. Площадь деградированных земель превышает общую площадь пашни всего Мира. Деградация почв – это процесс нарастающий, за последние 50 лет ее площади выросли в 30 раз. В результате деградации каждый год теряется около 24 млрд. тонны верхнего плодородного слоя почвы.
2. В Казахстане выявлено 184,2 тыс.га нарушенных земель, на которых размещаются карьеры угольных и горных разработок, нефтяные поля, отвалы вскрышных и горных пород, хвостохранилища, золоотвалы, амбары и другие антропогенно-нарушенные земли.
3. Добыча полезных ископаемых уничтожает не только почвенный покров, но и местную флору и фауну. Антропогенная деградация почв приведет к потере земельных ресурсов, запылению атмосферы, загрязнению природных вод и снижению биологической продуктивности. В глобальном плане деградация почв опасна для человечества тем, что более 95% продуктов питания люди получают в результате использования почв в земледелии и животноводстве.

Литература

1. «Глобальная экологическая перспектива» ГЕО-4 Окружающая среда для развития. Программа ООН по окружающей среде. UNEP. 2007г. 540 с. // http://www.unep.org/geo/geo4/media/fact_sheets/russian.asp
2. Whitney, M. “Soil and Civilization.” Van Nostrand. - New York, 1925. -278
3. Pesek J and Alternative Agriculture. - Washington D.C: National Academy Press, 1989. – 464 p.
4. Hillel, J. Out of the Earth: Civilization and the Life of the Soil. - New York: Free Press, 1991. – 322 p.
5. Fundamentals of soil ecology / David C. Coleman, D.A. Crossley, Jr., Paul F. Hendrix. - 2nd Elsevier Academic Press. - 2004. – 386 p.
6. Chesworth, Birkeland, P.W. Quaternary soil chronosequences in various environments - extremely arid to humid tropical, in Weathering, Soils and Paleosols, -Amsterdam: Elsevier, - P. 261-281.
7. Gisladottir, and Stocking, M. Land Degradation Control and its Global Environmental Benefits. Land Degradation and Development 2005. - 16:2, DOI: 10.1002/ldr.687. – 2005. - P. 99-112.
8. Oldeman, Hakkeling and Sombroek 1990, UNEP 1992 // http://www.unep.org/Geo/geo3/russian/fig65.htm
9. German Advisory Council on Global Change (GACGC). World in Transition. The Threat to Annual Report. Bonn: Economica. - 1995. - 252 p.
10. Панин М.С. Экология почв. - Алматы: Раритет, 2008. – 528 с.
11. Uri, N.D., Lewis, J.A. The dynamics of soil erosion in US agriculture. Science of the Total - 1998. - Vol. 218. - P. 45-58.
12. Edwards, . Soil erosion and conservation in Australia. In Pimental, D. (ed), World soil erosion and conservation. - Cambridge: Cambridge University Press, 1993. - P. 147–169.
13. Morgan P. C. Soil erosion and conservation – 3rd ed. Blackwell Publishing, 2005. - 304 p.
14. Медведев В.В. Оптимизация агрофизических свойств. - М.: Агропромиздат, - 160 с.
15. Козловский Ф.И., Чаплин В.А. Агродеградация черноземов // Степи Русской равнины.- М.: Наука, 1994. - С. 174–191.
16. Муха В.Д., Картамышев Н.И., Быков И.С., Муха Д.В.  Агропочвоведение.  - М.: Колос, 1994. - С.
17. Зайдельман Ф.Р.    «Фермеру    о    почвах       и     повышении         их     плодородия».    -М.:АККОРИНФОРМИЗДАТ, 1994. – 154 с.
18. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Моделирование годовой динамики влагозапасов корнеобитаемого слоя почвы для агроэкосистем степной и лесостепной зон // Почвоведение. - 1996. - № - C. 1195-1202.
19. Щербаков А.П., Рудай И.Д. Плодородие почв, круговорот и баланс питательных веществ. – М.: Колос, 1983. - 189 с.
20. Минеев В.Г. Агрохимия и биосфера. - М.: Колос, 1984. – 247 с.
21. Минеев В.Г. Агрохимия. - М.: МГУ, 2004. – 736 с.
22. Минеев В.Г. Агрохимия и экологические функции калия. – М.: МГУ, 1999. – 332 с.
23. Проценко А.А., Проценко Е.П. Изменение структурно-функциональных и гидрофизических свойств типичных черноземов при интенсификации земледелия // Агроэкологические принципы земледелия. -М.: Колос, 1993. - С. 237–255.
24. Агроэкология / под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. - М.: Колос, 2000. – 536 c.
25. Минеев В.Г.,    Ремпе    Е.Х.    Агрохимия,    биология    и     экология    почвы.    -М.:Росагропромиздат, 1990. - 206 с.
26. Ecology in Agriculture / Louise E. Jackson Elsevier Inc. Academic Press; 1st - 1997. - 472 p.
27. Дювиньо П. Танг М. Биосфера и место в ней человека. Экологические системы и биосфера. - М.: Прогресс, 1973. - 267 с.
28. Углеродные выбросы почвы недооценены // http://science.compulenta.ru/504191/
29. Исаев А. С., Коровин Г. Н. Депонирование углерода в лесах России // Чтения памяти академика В.Н. Сукачева. Углерод в биогеоценозах. - М.: ЦЭПЛ, 1997. - Вып. 15. - С. 59-98.
30. Уткин А.И., Замолодчиков Д.Г., Честных О.В. Углеродные пулы фитомассы, почв и депонирование углерода в еловых лесах России // Хвойные бореальной зоны. – 2004. - Т. XXII, №1-2. - С. 21-31.
31. Lal, R. Global soil erosion by water and carbon dynamics. In Lal, R., Kimble, J.M., Levine, and Stewart, B.A. (eds), Soils and global change. - FL: CRC/Lewis, Boca Raton. - 1995. - 131–142.
32. Lal. Soil and environmental degradation in Central Asia /Climate change and terrestrial carbon sequestration in Central Asia. Taylor & Francis/Balkema. - 2007. - 493 p.
33. Почвоведение: учеб. пособие для вузов / под ред. И. С. Кауричева. 4-е изд. перер. и доп. – М.: Агропромиздат, 1989. – 719 с.
34. Геннадиев А. Н., Почвоохранная политика и фермерское землепользование в США //Почвоведение. - 1997. - № 4. - С. 522-528.
35. Геннадиев А.Н. Охрана почв в России и США: параллели ХХ века // Почвоведение. - - № 5. - С. 609-622.
36. Маляр Н.Н. Новая жизнь поля. - Алма-Ата: Кайнар, 1985. – 224 с. 
37. Дçйсенбеков Ж.С., Елікбаев Б.К., Дçйсенбеков С.Л. «Теyізшевройл» ЖШС «Теyіз» кен   орны   аумаrында   карьерлермен   бçлінген   жерлерді   yайта   yалпына    келтіру //Ізденістер, Нaтижелер-Исследования, результаты. -Алматы:   КазНАУ, 2009. - №2.   -С. 117-121.
38. Тазабекова Е.Т., Елікбаев Б.К. Жаyсартылrан лёссті жыныстардаrы фитоценоздыy тçрлік yçрамы жaне сукцессиялыy æзгерістері // Вестник КазНПУ имени Абая. Серия «Естественно-географические науки». - 2010. -№1 (23). - С. 48-50.
39. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. - М.: Наука, 1990. - 260 с.
40. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Сохранение почв как незаменимого компонента биосферы: Функционально-экологический подход. - М.: Наука, 2000. - 185 с.
41. Blum, E.H. The Challenge of soil protection in Europe / W.E.H.Blum // Environmental Conservation. - 1990. -Vol. 17. - P. 72-74.
42. Ступин Д.Ю. Загрязнение почв и новейшие технологии их восстановления. – СПб.: Издательство «Лань», 2009. – 432 с.
43. Richard Bardgett, Michael Usher, David Hopkins. Biological Diversity and Function in – Cambridge: Cambridge University Press, 2006. - 428 p.
44. Soil Genesis and Classification / Buol St.W., Hole F.D., McCracken R.J.,Southard R.J. Iowa State University Press / Ames; Fourth edition. - 1997. – 527